Beeinflussung des Pflanzenwachstums durch verschieden farbiges Licht

Transkript

1 Beeinflussung des Pflanzenwachstums durch verschieden farbiges Licht

2 Diese Arbeit wurde angefertigt von: Sonia Olaechea Sofia Zaballa Alba Calabozo Betreuung: Axel Stöcker 2

3 Inhalt 1. Kurzfassung der Arbeit Material und Methoden Ergebnisse Diskussion der Ergebnisse Literaturverzeichnis...12 Wir danken Juan M. Gutiérrez Zorrilla von der Universidad del País Vasco sehr herzlich für die Anfertigung der Spektren. Agradecemos sinceramente a Juan M. Gutiérrez Zorrilla de la Universidad del Pais Vasco la aportacion de los espectros. 3

4 1. Kurzfassung Wir haben in unserer Arbeit versucht eine Antwort auf die Frage, ob das Pflanzenwachstum durch verschiedenfarbiges Licht gesteuert werden kann, zu finden. Dazu haben wir Pflanzen unter Glühbirnen verschiedener Farben gestellt (rot, blau, gelb, grün und weiß) und ihr Wachstum bzw. auch ihr Gewicht und ihre Blätteranzahl gemessen. Zum Vergleich haben wir auch eine Pflanze, die unter Sonnenlicht stand und mit eine andere, die in einer Schachtel ohne Licht stand, gemessen. Wir hatten beispielsweise folgende überraschende Ergebnisse: Die Pflanze unter grünen Licht ist am meisten gewachsen, obwohl wir das Gegenteil erwartet hatten und die Pflanze die im dunklen gewachsen ist, von der wir erwartet hatten, dass sie immer am wenigsten wächst und am wenigsten wiegt, ist in ein paar Versuchen sogar relativ gut gewachsen und wog am meisten. Um diese Ergebnisse erklären zu können, haben wir die Lichtspektren der von uns benutzten Glühbirnen machen lassen. Nachdem wir die Spektren hatten, haben wir versucht eine Erklärung für jedes Ergebnis zu finden. Das üppige Wachstum der unter grünen und der ohne Licht wachsenden Pflanzen lässt sich durch den Prozess der Vergeilung erklären und das große Gewicht der ohne Licht wachsenden Pflanze kann durch ihren großen Wassergehalt erklärt werden. 4

5 2. Material und Methoden Die erste Pflanzenart, mit der wir gearbeitet haben waren Bohnen. Nach ein paar Versuchen haben wir uns jedoch dazu entschieden, eine andere Pflanze zu benutzen: Linsen. Der Wechsel kam daher, dass Bohnenpflanzen schnell zu hoch gewachsen sind und es deshalb Probleme mit unser selbstgebauten Apparatur gab. Zuerst haben wir die Samen eine Nacht lang in eine Petrischale mit Wasser gelegt. Am nächsten Tag haben wir sie in die Blumentöpfe gepflanzt. Diese haben wir eine Woche lang am Fenster stehen lassen. Danach wurden sie unter verschieden farbiges Licht gestellt. Um unser Experiment durchzuführen war es notwendig, eine Apparatur zu bauen. Es war ziemlich wichtig, dass jede der Pflanzen nur Licht einer bestimmten Farbe bekam. Wir haben dazu 5 Glühbirnen in verschiedenen Farben (rot, grün, weiß, blau und gelb) der gleichen Stärke (15 Watt) benutzt. Diese haben wir an einem Stativ befestigt und dann in eine Blende aus Milchkarton gesteckt, sodass kein äußerliches Licht in Kontakt mit den Pflanzen kam. Milchkarton eignet sich dafür gut, weil er innen mit Aluminium beschichtet ist, so dass das Licht reflektiert wird. Die Blende und die Blumentöpfe haben wir in den verschiedenen Farben markiert, so dass wir immer wussten, welche Pflanze zu welchem Licht gehört. Abb. 1: Versuchsaufbau 5

6 Nach ein paar Versuchen sind wir auf die Idee gekommen, dass es auch interessant wäre zu sehen, wie eine Pflanze, die unter Sonnenlicht gewachsen ist, und eine, die kaum Licht bekommen hat, im Vergleich zu den anderen wächst. Täglich wurden die Länge der Pflanzen so exakt wie möglich gemessen, dazu haben wir ein Maßstab benutzt. Die tägliche Messung haben wir in Tabellen festgehalten, um herrauszufinden welches Licht dafür sorgt, dass die Pflanzen am besten wachsen. Außerdem haben wir die Pflanzen immer mit Hilfe eines Messzylinder gegossen, so dass alle dieselbe Menge Wasser bekamen. Alle Versuche haben wir dann miteinander verglichen. Um eine Ursache unseres Ergebnises zu finden, haben wir gedacht es wäre grandios, die Lichtspektren unser Glühbirnen zu haben. Wir sind auf diese Idee gekommen, als wir im Internet eine Recherche zur Beeinflussung von Pflanzenwachstum durch Licht gemacht haben. Wir haben erfahren, dass es zwei Faktoren gibt, durch die das Pflanzenwachstum gesteuert werden kann: Erstens, der Anteil an elektrischen Energie, der im sichtbaren Teil des Spektrums in Strahlungsenergie umgesetzt wird und zweitens die Verteilung der Strahlungsenergie im sichtbaren Teil des Spektrums. Um die Spektren zu bekommen haben wir zuerst, mit der Herstellerfirma näve der Glühbirnen Kontakt aufgenommen. Die Spektren konnten wir jedoch auf diese Weise nicht bekommen, obwohl sich die Firma sehr für unser Projekt interessiert hat. Sie sagten uns, dass nur große Firmen wie z. B. Osram die Spektren ihrer Glühbirnen haben. Wir haben dann aber einen anderen Weg gefunden: wir haben Kontakt zur Universität des Baskenlands ( Universidad del País Vasco, UPV) aufgenommen und gefragt, ob sie die Spektren für uns messen können. Herr Juan M. Gutiérrez Zorrilla hat uns freundlicherweise geholfen. Schon nach einigen Tagen haben wir die Spektren bekommen. Zuletzt haben wir die Spektren analysiert, um eine Ursache für die Ergebnisse unserer Arbeit zu finden. 6

7 3. Ergebnisse Um unsere Ergebnisse zu vergleichen, haben wir sie in verschiedene Diagrammen eingefügt. Wir haben alle Daten in eine Tabelle eingefügt, in der man erkennen kann, wie hoch jede Pflanze in jedem Versuch gewachsen ist. Hier die Tabelle mit unseren Messungen. rot grün gelb blau weiß Sonnenlicht ohne Licht Versuch Versuch 2 22, , ,5 Versuch ,6 21 Tabelle 1: Längenwachstum der Pflanzen in cm Um den Vergleich dieser Daten deutlicher zu machen, haben wir sie dann in einem Säulendiagramm dargestellt, wo besser deutlich wird, welche Pflanze in welchem der Versuche am meisten gewachsen ist und in welchem Versuch das allgemeine Wachstum der Pflanzen besser war: Reihe1 Reihe2 Reihe3 5 0 rot gelb blau weisz sonnenlicht ohnelicht Abb. 2: Ergebnisse der Versuche 1 bis 3 (Längenwachstum in cm) Da das Ergebnis nicht so wie erwartet war (die Längen waren ähnlich), haben wir im letzten Versuch die Blätterzahl und das Gewicht der Pflanzen gemessen. 7

8 Hier die Tabelle mit der Blätteranzahl jeder Pflanze: Pflanze Blätteranzahl rot 30 grün 14 weiß 51 blau 22 gelb 51 Sonnenlicht 34 ohne Licht 13 Tabelle 2: Anzahl der Blätter im 4. Versuch Man kann sehen, dass die Pflanze unter grünem und die ohne Licht über sehr wenig Blätter verfügen. Dagegen haben die unter weißem und gelbem Licht wachsenden Pflanzen am meisten Blätter entwickelt. Die Messungen der Masse jeder Pflanze am letzten Tag des Versuches haben wir auch zum Vergleich in einer Tabelle dargestellt. Pflanze Gewicht in g rot 0,48 grün 0,47 weiß 0,49 blau 0,48 gelb 0,49 Sonnenlicht 0,54 ohne Licht 0,56 Tabelle 3: Endgewicht der Pflanzen im 4. Versuch 8

9 4. Diskussion der Ergebnisse Um unsere Ergebnisse erklären zu können haben wir die Lichtspektren unserer Glühbirnen machen lassen. 3 2,5 2 1,5 1 azul verde rojo amarillo transparente 0, Abb. 3: Absorptionsspektren der benutzten Glühbirnen (y-achse: Absorption, x-achse: Wellenlänge in nm), Quelle: UPV Abb. 4: Absorptionsspektrum von Chlorophyll, Quelle: UPV 9

10 Nachdem die Spektren der Glühbirnen (Abb. 3) interpretiert und mit dem Spektrum von Chlorophyll (Abb. 4) verglichen haben, haben wir aufgeschrieben wie das Wachstum jeder Pflanze theoretisch gewesen sein sollte. Aber unsere Erwartungen haben manchmal wenig mit dem Ergebnis der Messungen zutun gehabt. Wir meinten die Pflanze, die unter grünen Licht stand würde am wenigsten wachsen, da sie in beiden Bereichen wo Chlorophyll Licht absorbiert (λ = nm/λ= nm) ganz wenig Licht bekommt. Diese Pflanze ist jedoch immer am meisten oder am zweit meisten gewachsen. Die Pflanzen die unter roten, blauen und gelben Licht gewachsen sind, haben, wie man am Spektrum sehen kann, in einem der Bereiche relativ viel Licht bekommen, im anderen jedoch nichts absorbieren können. Von daher haben wir erwartet, dass sie relativ gut wachsen würden, und dass die unter rotem Licht wachsende Pflanze am besten wächst, weil diese in beiden Bereich relativ viel Licht bekommt. Bei diesem Ergebnis war unsere Erwartung richtig. Da die weiße Glühbirne in beiden Absorptionsbereichen ganz viel Licht durchlässt, hatten wir erwartet, dass die darunter stehende Pflanze am höchsten wachsen würde, was aber nicht immer so war, denn sie ist sogar bei einem der Versuche am wenigsten gewachsen. Wir haben für die Ergebnisse, die sehr verschieden von dem was wir erwartet haben waren, versucht eine Erklärung zu finden. Das üppige Wachstum der grünen Pflanze konnten wir mit dem Phänomen der sogenannten Vergeilung erklären. Laut Wikipedia ist Vergeilung oder Etiolement in der Pflanzenphysiologie ein Merkmalskomplex, der bei Wachstum unter Mangel von photosynthetisch nutzbarem Licht auftritt. [6] Das bedeutet, dass bei der Pflanze ein verstärktes Längenswachstum stattfindet, um so eine Lichtquelle zu erschließen. Unseres Erachtens kann dieses die Ursache dafür sein, dass die grüne Pflanze so hoch gewachsen ist. Das nur leichte Wachstum der Pflanze, die unter weißen Licht gewachsen ist, lässt sich dadurch erklären, dass diese Pflanze ein langsameres Längenwachstum hat, als die anderen. Da die Pflanze schon bei geringer Größe das Licht nutzen kann, investiert sie mehr Energie in die Bildung von Blättern, als in Längenwachstum. Das sieht man auch an der hohen Blätterzahl in Tabelle 2. Da der erste Versuch, aus zeitlichen Gründen, kürzer als die 10

11 anderen war, kann auch das eine Erklärung dafür sein. Das ist aber nur eine Vermutung, man könnte auf dieser Ebene weitere Forschungen machen. Die Ergebnisse für die weiteren Pflanzen von denen wir Lichtspektren haben machen lassen, sind so wie vermutet gewesen. Bei den Messungen der Blätteranzahl kann man beobachten, dass die Pflanze, die unter grünem und die, die ohne Licht gewachsen ist, am wenigsten Blätter haben. Dieses kann aber leicht nach dem Prozess der Vergeilung erklärt werden: bei der Vergeilung gibt es zwar ein großes Längenwachstum der Pflanze, aber dafür hat diese sehr wenig Blätter, die außerdem sehr klein sind. Wenn man es auf dieser Weise betrachtet, sollte die Pflanze unter weißem Licht am meisten Blätter gebildet haben. Da es auch so ist, muss man dieses Ergebnis nicht erklären. Die Ergebnisse zum Gewicht der Pflanzen fanden wir zuerst wirklich überraschend, denn am meisten wogen die Pflanze, die ohne Licht und die, die unter Sonnenlicht gewachsen sind. Nach einigen Überlegungen kamen wir auf die Idee, dass die erste der erwähnten Pflanzen so schwer war, weil sie mehr Wasser enthielt als die anderen. Diese Erklärung dient auch dazu, zu bestimmen wieso die Pflanze, die unter Sonnenlicht gewachsen ist mehr wog, als die Pflanzen unter den künstlichen Glühbirnen. Diese brachten mehr Hitze und stärkeres Licht direkt an den Pflanzentopf, was wahrscheinlich daran schuld war, dass ein Teil des Wassers, das die Pflanzen bekamen, verdampfte. Deswegen haben die Pflanze unter Sonnenlicht und die ohne Licht mehr gewogen als die anderen, obwohl sie gleich gegossen wurden. 11

12 5. Literatur [1] NATURA -Biologie für Gymnasien 7 10 Schuljahr / Horst Bickel, Roman Klaus und Roland Frank. [2] [3] [4] [5] [6] [7] Titelbild: Alba Calabozo. 12